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电子产品的浪涌及启动冲击电流抑制
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电子产品的浪涌及启动冲击电流抑制
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管理员
发表在
电源技术
2014-4-3 12:23:13
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引言
随着科技的发展和
电子
产品的普及,现在越来越多的电子产品进入了我们的生活。可大家在使用这些产品时,肯定遇到了这样的一些尴尬事情:产品一上电,忽然一声砰响,然后是一股臭味,然后就是产品失效了。又或者是:产品本来运行得好好的,忽然在某一个雷电之后,产品就一命呜呼了。
当我们遇到这些情况时,也许会感觉到莫名其妙?其实不然,只能说这些产品设计不过关。那什么样的产品才算是合格的呢?
产品分析
图1是某一产品的简单示意图。
图1 产品电路的简单示意图
当上电后,
电源
给负载供电;当出现异常时,
保险管
能够起到保护作用。
表面看起来,该电路设计没有问题,可一旦遇到有较大的浪涌电压(如暴雨天,强雷电)产生时,该电路就暴露出了缺点,会不断地烧保险管,严重时可能导致负载也烧毁。同时,若负载是一个大的电解
电容
时,开机的瞬间大
电流
也会导致电路发生故障。
那么,应该如何解决上面的问题呢?
浪涌
浪涌也叫突波,是超出正常工作电压的瞬间过电压。一般具有如下特性:
图2 开路电源1.2/50us波形
图3 短路电流8/20us波形
开路电压1.2/50
ms
(见图2)以及短路电流8/20ms(见图3)。
通过上述波形不难看出,浪涌具有产生时间短(ms级)、能量大、破坏力强的特点。
在我们普通的家用产品上,浪涌电压的要求一般是差模1kV、共模2kV的标准。
设计浪涌抑制电路
为避免产品免受浪涌的袭击,我们需要在产品上设计浪涌印制电路。最好、也是最直接的办法,就是希望出现浪涌电压时,能够通过某个渠道将其泄放掉,不影响到负载的运行。我们选择
压敏电阻
可以达到这一目的。
图4 增加压敏电阻后的产品电路的简单示意图
压敏电阻是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变的电阻,或者是电阻值对电压敏感的
电阻器
,简写为VAR。压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的一个品种。压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值
UN
时,流过它的电流极小,相当于一个关死的阀门;当电压超过UN时,流过它的电流激增,相当于阀门打开。利用这一功能,可以抑制电路中经常出现的异常电压,保护电路免受过电压的损害。
设计上一般按照如下原则选取压敏电阻:
Vun=(2-3)Vin;
比如,对于
220
V的交流电,一般选择
470
V、
560
V或
620
V阀值电压的压敏电阻,可根据保护电路的安全性来具体选择。
对于接有地线及需要保护更高级的电路,可以采用如图5所示设计电路:当然若想提到更高电压的抑制电路,可在地线之间的压敏电阻间串联一个放电管。
图5 更多重保护的产品电路的简单示意图
启动冲击
在越来越多的产品要求宽电压、低功耗的时候,
开关
电源由于其特有的高效率、低功耗的优势,在产品中得到越来越多的应用。可若采用
开关电源
就势必会使用到
电解电容
器,而由于电解
电容器
的充电特性,电压不能发生突变,因此启动瞬间的启动电流非常大,若不采取一定措施(如图6),会导致产品在启动时启动电流过大,严重时会损坏产品。
图6 未采取保护电路的开关电源电路示意图
设计预防启动冲击
为了消除电解电容给我们带来的大的冲击电流,工程上通常在电路中串接一个限流电阻。这个电阻在启动时能有效地抑制启动电流,但当产品正常工作后,电阻一直处在工作状态,会消耗一部分能量。考虑到开关电源在低功耗方面的要求,我们可将固定电阻改用
NTC
(负温度系数
热敏电阻
)电阻替换。
NTC的特性是电阻值随温度的升高而变小。其串联接入电路中(如图7)后,在电源接通时,其本身的电阻会很好地限制电流的瞬间增大,随着其消耗
功率
,自身发热后电阻减小,直到正常工作时,其达到一个热平衡状态。当产品正常工作时,NTC的阻值一般很小,这样便达到了降低功耗的效果。
图7 增加NTC保护后开关电源示意图
使用NTC作为启动电流抑制器件时,需要注意在产品断电后,两次启动的时间间隔应保证NTC能正常冷却,否则再次启动的时候,由于阻值未恢复,其抑制启动电流的能力会降低。
NTC阻值的选取与需要抑制的启动电流的大小有关,一般我们不选取5欧或10欧左右的NTC电阻。
在部分较为严苛的工业应用场合,对产品的可靠性和长时间运行的要求比较高,在这种情况下要求产品能长时间稳定运行。此时对于NTC,可以采用
继电器
旁路的设计方法,在产品启动后,用继电器将热敏电阻短路。这种设计方法能更好地提高NTC的使用寿命,同时可以给NTC充足的冷却时间,保证其在下次启动时抑制启动电流的能力不会降低。
结语
经过以上一
系列
的改进,我们得到了图7所示的电路,该电路基本具备了抗浪涌以及抗启动冲击的功能。
电子产品
,
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